2第二篇6章金属塑性成型的工艺理论基础.ppt

材料成型基础 第二篇 金属的塑性成型 6 金属塑性成型的工艺理论基础概 述 金属塑性成型是在外力作用下使金属坯料产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸及机械性能的毛坯或零件的加工方法，也称为压力加工。 外力的形式：机械、液压、气压、炸药、重力、人力等。 加工对象：各种具有塑性的钢和大多数有色金属。 坯料形式：铸锭——大型零件的坯料。 型材——中、小型零件的坯料。 常用压力加工方法 压力加工的特点 ① 改善金属的组织、提高力学性能； ② 材料的利用率高 金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料利用率高； ③ 较高的生产率 塑性成形加工一般是利用压力机和模具进行成形加工的； ④ 毛坯或零件的精度较高，应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。 缺点：不能加工脆性材料（如铸铁）和形状特别复杂（特别是内腔形状复杂）或体积特别大的零件或毛坯。 压力加工的用途 承受冲击或交变应力的重要零件（如机床主轴、齿轮、曲轴、连杆等），都应采用锻件毛坯加工。 压力加工在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器等行业得到广泛应用。 6.1 金属塑性变形实质 金属在外力的作用下，随着力的增加，可先后经过弹性变形、塑性变形直至断裂三个变形阶段。 塑性变形的实质就是在外力作用下金属内部的应力超过了屈服强度时，使金属的晶格内部产生相对滑移的结果。 滑移后原子排列的相对位置产生了不可逆的变化，所以塑性变形也叫做不可逆变性或永久变形。 一 、单晶体的塑性变形 单晶体塑性变形的主要方式是滑移变形，是由晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑移，这个面叫做滑 移面，由滑移引起的 变形叫做滑移变形。 滑移变形只有在切应 力的作用下才能产生。 单晶体塑性变形的形式除滑移外还有一种变形方式叫做孪晶。 孪晶是晶体在外力作用下晶格的一部分相对另一部分沿着一定晶面发生转动的结果，这个晶面叫做孪晶面。 转动后以孪晶面为界面，形成镜像的对称。 由于转动后改变了 晶格的位向，可以 有利于进一步滑移 的进行。 二 、多晶体的塑性变形 多晶体是由多个呈不同位向排列的单个晶粒组合而成。 变形的主要方式为每个晶体内部的滑移同时伴随着各晶粒间的滑移和转动。 晶间变形一般是很小的，过大会引起金属之间的破坏。 沿着外力P45o方向上的切应力最大。因此晶粒的取向与最大切应力一致时最容易产生滑移。 沿着外力45o方向上的切应力最大，晶粒的取向与最大切应力一致时最容易产生滑移。 其它方向上取向的晶粒则通过转动变形以后才能进一步产生滑移变形，实际上晶粒间的晶界对多晶体变形有很大的阻碍。 相邻晶粒的位向差越大，则影响越大。 又因为晶界处杂质原子大多是不规则排列的，影响就更显著了。 显然晶界相对于晶粒体积所占的比例越大，其强度越高，变形抗力越大，这就是细晶粒的多晶体的强度比粗晶粒的强 度高的原因之一。 因此冷冲压后细晶粒 组织的表面光洁度高。 6.2 塑性变形后的金属组织和性能 一、 塑性变形后的组织 金属在常温下经过塑性变形后，内部组织将发生变化： 1. 晶粒沿变形最大的方向伸长。 2. 晶格与晶粒均发 生扭曲，而产生 内应力。 3. 晶粒间产生碎晶。 二、变形后的机械性能 1. 加工硬化 由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈扭曲，增大了滑移阻力，使继续滑移难于进行。 金属的机械性能随内部组织变形程度的增加，强度和硬度上升，塑性和韧性下降，这一现象称为加工硬化。 晶格的扭曲和碎晶都处于不稳定状态，总存在着一种有恢复到正常状态的趋势。 一般在常温下原子活动能力较低，这种恢复几乎觉察不到。 通过提高温的的办法，可以使金属原子活动能力增强，来促使原子恢复到正常状态。 2. 回复 当温度升高到0.25～0.3倍的熔化温度时，原子恢复到正常排列，消除晶格的扭曲，加工硬化得到了部分的消除，这一过程叫做回复。 使金属得到回复的温度用T回表示。 3. 再结晶 当温度升高到0.4倍的熔化温度时，金属原子获得更高的热能。这时，就开始以某些碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，使得加工硬化全部消除。我们称这一过程为再结晶。这时的温度称为再结晶温度，用T再表示。 不同的金属具有不同的再结晶温度。 纯铁 T再=450℃ 钨 -1200℃ 铜-200 ℃ 铝-100 ℃ 锌-室温 铝锌合金度低于室温。 再结晶的过程：是在固态下形核长大的过程。以新的等轴晶粒代替旧的晶粒。 金属在高温下变形时，硬化和再结晶过程是同时存在的。加工硬化随时被再结晶所消除，使变形后无硬化现象。 三、 冷变形和热变形 根据变形后有无硬化现象存在，可把变形分为：